Os 6 números que definem todo o Universo – 07/03/2021

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Neste trecho editado do The Little Book of Cosmology (“O Pequeno Livro da Cosmologia”, em tradução literal, publicado pela Princeton University Press e reproduzido cá com permissão da editora), o professor de física Lyman Page explica uma vez que nosso protótipo de Universo é fundamentado somente em seis parâmetros.

uma vez que estudamos o Universo uma vez que um todo?

Meu trabalho se concentra na radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB, na sigla em inglês) — os tênues resquícios de pujança do Big Bang — e uma vez que medi-la pode guiar nosso caminho para a compreensão do Universo.

Mas há muitas outras maneiras de estudar o cosmos, e os físicos que o fazem se especializam em tudo, desde a relatividade universal até a termodinâmica e a teoria das partículas elementares.

Fazemos observações em quase todos os regimes de comprimento de vaga acessíveis para mensuração e com detectores de partículas de última geração.

As observações provêm de lugares próximos e dos confins mais distantes do espaço.

Todas essas evidências e teorias podem ser reunidas em um protótipo padrão surpreendentemente simples de cosmologia, que tem somente seis parâmetros.

Esses são os números que definem todo o Universo.

O texto do Universo

Os primeiros três parâmetros nos falam sobre o texto do Universo.

levante vegetal da Nasa, sucursal espacial americana, revela a radiação cósmica de fundo em micro-ondas

Imagem: Nasa

Nós os descrevemos uma vez que frações de uma estimativa totalidade de material e pujança, uma vez que os componentes de um gráfico de pizza.

O primeiro parâmetro descreve a quantidade de material normal, átomos, no Universo, e diz que eles representam somente 5% do Universo.

O segundo parâmetro descreve a material escura, um tipo de partícula rudimentar novidade que ainda não entendemos, que representa 25% do Universo.

Surpreendentemente, a quantidade de material escura, que podemos efluir das nossas medições das diminutas flutuações de temperatura da radiação cósmica de fundo, coincide com o valor inferido das observações dos movimentos das estrelas e galáxias.

No entanto, o valor que obtemos das medições da CMB é muito mais preciso.

Nossas medições também nos dizem alguma coisa mais.

uma vez que a CMB chega até nós desde a Era da Recombinação (ou do Desacoplamento), quando o Universo primordial se resfriou o suficiente para liberar os fótons do plasma quente que os uniu por várias centenas de milhares de anos posteriormente o Big Bang, fazendo com que o Universo se tornasse transparente, podemos ver que a material escura claramente existia nos primórdios do Universo.

outrossim, podemos ver que os átomos, a material de que somos feitos, representam somente um sexto da tamanho totalidade do Universo.

A matéria escura constitui 25% do Universo - Getty Images - Getty Images

A material escura constitui 25% do Universo

Imagem: Getty Images

O terceiro parâmetro é a seguro cosmológica, a misteriosa pujança escura que está na raiz da expansão acelerada do Universo.

Ela representa 70% da estimativa totalidade de material e pujança do Universo. Também não sabemos o que é essa pujança escura, mas sabemos que ela existe, porque medimos diretamente sua presença por meio da aceleração cósmica.

Estrelas e galáxias em formação

O quarto parâmetro é a profundidade óptica, ou quão opaco o Universo era para os fótons que viajam por ele.

levante é o mais astrofísico de todos os parâmetros do protótipo padrão da cosmologia.

Com isso, queremos expressar que ele conquista nosso escasso conhecimento de todo o múltiplo processo de formação e subsequente explosão das primeiras estrelas e formação das primeiras galáxias no Universo.

A intensa luz dessas primeiras estrelas e galáxias quebrou o hidrogênio que prevalecia no cosmos em prótons e elétrons que o compõem, causando a reionização do Universo.

Nesse processo, tapume de 5 a 8% dos fótons da CMB, os fótons que haviam sido liberados no momento do desacoplamento, se dispersaram novamente.

Para fazer uma conformidade, considerando que o Universo antes era transparente, é uma vez que se tivesse entrado um pouco de névoa.

Não muito poderoso, você ainda consegue ver um litoral distante, mas a visibilidade foi reduzida. Curiosamente, para instaurar a profundidade óptica do Universo, é feita uma mensuração da polarização da CMB.

Com esses seis parâmetros, podemos calcular as características não apenas da CMB, mas também de qualquer medição cosmológica que desejamos fazer - Getty Images - Getty Images

Com esses seis parâmetros, podemos calcular as características não somente da CMB, mas também de qualquer mensuração cosmológica que desejamos fazer

Imagem: Getty Images

A polarização, junto com a intensidade e o comprimento de vaga, é uma das três características de uma vaga de luz. A polarização especifica a direção na qual uma vaga de luz oscila.

Por exemplo, a luz que reflete no capô do seu carruagem está polarizada horizontalmente. Ou seja, a vaga de luz oscila de um lado para o outro horizontalmente.

Os óculos escuros polarizados bloqueiam essa direção de oscilação e seu revérbero associado.

Da mesma forma, os elétrons liberados pelo processo de reionização dispersaram e polarizaram os fótons da CMB.

Se você pudesse olhar para a CMB com ou sem “óculos escuros” polarizados, veria que parece ligeiramente dissemelhante.

Flutuações quânticas

Os dois últimos parâmetros descrevem as origens das diminutas flutuações que deram origem a toda a estrutura que observamos hoje no Universo.

Se tivéssemos um protótipo completo do Universo, que começasse com pequenas flutuações quânticas e previsse com sucesso quais seriam as flutuações da material em esferas com 25 milhões de anos-luz de diâmetro, poderíamos expulsar um desses dois parâmetros.

Infelizmente, embora tenhamos um esboço muito muito sucedido para entender uma vez que o Universo evoluiu, ainda não conhecemos todas as conexões, por isso precisamos desse parâmetro.

É chamado de espectro de potência primordial e descreve as flutuações na densidade do Universo no espaço tridimensional.

No início do Universo, essas flutuações eram pequenas, mas à medida que o Universo se expandiu, essas variações de densidade se tornaram grandes em todo o cosmos.

Onde havia áreas ligeiramente mais densas no cosmos primordial, a material continuou a se agrupar, e agora podemos ver galáxias ou aglomerados de galáxias; em outras, onde havia menos densidade, não vemos quase zero.

O parâmetro restante, chamado índice espectral escalar, é o mais difícil de entender, mas também é nossa melhor janela para o promanação do Universo.

Ele nos diz uma vez que as flutuações primordiais, as pequenas variações de pujança que estavam presentes no Universo primitivo, dependem da graduação angular.

Para compreender isso melhor, vamos usar uma conformidade músico.

levante último parâmetro cosmológico nos permite honrar entre “sonido branco” e, digamos, “sonido rosa”, em que as notas graves (análogas às escalas angulares grandes) têm um volume maior do que as notas agudas (análogas às escalas angulares pequenas).

Usando a CMB, descobrimos que as flutuações primordiais eram ligeiramente maiores em amplitude em escalas angulares grandes do que em escalas menores. Em outras palavras, o sonido cósmico primordial é ligeiramente rosado.

Com esses seis parâmetros, podemos calcular as características não somente da CMB, mas também de qualquer mensuração cosmológica que desejamos fazer.

Podemos, por exemplo, calcular a idade do Universo: 13,8 bilhões de anos (pode ter uma variação aproximada de 40 milhões de anos).

A reparo mais restritiva é a da anisotropia da CMB: as diminutas flutuações da temperatura.

No entanto, o protótipo padrão da cosmologia é consistente com todas as medições de todas as áreas da física e da astronomia.

Em suma, não importa uma vez que olhamos para o cosmos — por meio de sondagens de galáxias, de estrelas em explosão, da riqueza de elementos de luz, das velocidades das galáxias ou da CMB —, nós só precisamos de todos os seis parâmetros explicados supra, e processos físicos conhecidos, para descrever o Universo que observamos.

O que significa ser capaz de descrever alguma coisa de forma tão simples e quantitativa? Significa que entendemos uma vez que as peças do Universo se encaixam para formar o todo. Entendemos algumas conexões profundas na natureza.

Isso significa que se pode provar que estamos errados, não com diferentes argumentos, mas com um protótipo quantitativo melhor que descreve mais aspectos da natureza.

Há poucos sistemas estudados por cientistas que podem ser descritos de forma tão simples, completa e com tanta precisão. Temos sorte de o Universo observável ser um deles.

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